(57)【要約】【課題】  高温，高速，高荷重等の厳しい条件下においても、軌道面に剥離が生じにくく極めて長寿命な水ポンプ用転がり軸受を提供する。【解決手段】  水ポンプ用転がり軸受は、水ポンプのインペラー１３が取り付けられた回転軸１２と、回転軸１２の外方に配された外輪１０と、回転軸１２及び外輪１０の間に転動自在に配された複数の転動体と、を備えている。そして、回転軸１２及び外輪１０は、酸素濃度が６ｐｐｍ以下、硫黄濃度が３０ｐｐｍ以下、チタン濃度が２５ｐｐｍ以下の鋼材で構成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水ポンプのインペラーが取り付けられる回転軸と、前記回転軸の外方に配された外輪と、前記回転軸及び前記外輪の間に転動自在に配された複数の転動体と、を備える水ポンプ用転がり軸受において、
前記回転軸及び前記外輪のうち少なくとも一方を、酸素濃度６ｐｐｍ以下、硫黄濃度３０ｐｐｍ以下、チタン濃度２５ｐｐｍ以下の鋼材で構成したことを特徴とする水ポンプ用転がり軸受。
【請求項２】
前記鋼材に含まれる最大の非金属介在物の直径が３０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の水ポンプ用転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水ポンプ用転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車には、エンジンの冷却水を循環させる水ポンプが備えられている。水ポンプには転がり軸受が備えられており、この水ポンプ用転がり軸受は、冷却水を送液するインペラーが取り付けられた回転軸と、回転軸の外方に配された外輪と、回転軸及び外輪の間に転動自在に配された複数の転動体と、を備えている。そして、従来、水ポンプ用転がり軸受は、回転軸が酸素濃度９ｐｐｍ程度の高炭素クロム軸受鋼で構成されていた。
【特許文献１】特開平１０−１４０２８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
近年の技術革新に伴うエンジンの高性能化により、高温化，高速化，及びベルト張力の増加による高荷重化が進み、それに伴って水ポンプの使用条件が一段と厳しくなってきている。そのため、水ポンプ用転がり軸受には、さらなる長寿命化が要求されている。
長寿命化に悪影響を及ぼす要因の一つとして、回転軸，外輪を構成する鋼材中の介在物があげられている。介在物の中では、酸化物系介在物の影響が極めて重要であると考えられるが、酸化物系介在物の量（鋼材中の酸素濃度）を規定するだけでは不十分であることが分かった。
そこで、本発明は前述のような従来技術が有する問題点を解決し、高温，高速，高荷重等の厳しい条件下においても極めて長寿命な水ポンプ用転がり軸受を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項１の水ポンプ用転がり軸受は、水ポンプのインペラーが取り付けられる回転軸と、前記回転軸の外方に配された外輪と、前記回転軸及び前記外輪の間に転動自在に配された複数の転動体と、を備える水ポンプ用転がり軸受において、前記回転軸及び前記外輪のうち少なくとも一方を、酸素濃度６ｐｐｍ以下、硫黄濃度３０ｐｐｍ以下、チタン濃度２５ｐｐｍ以下の鋼材で構成したことを特徴とする。
【０００５】
また、本発明に係る請求項２の水ポンプ用転がり軸受は、請求項１に記載の水ポンプ用転がり軸受において、前記鋼材に含まれる最大の非金属介在物の直径が３０μｍ以下であることを特徴とする。
回転軸や外輪を構成する鋼材中の酸素濃度を低くすると、Ａｌ2 Ｏ3 等の非金属介在物の量が少なくなるので、軌道面に剥離が生じにくく水ポンプ用転がり軸受が極めて長寿命となる。寿命に悪影響を及ぼす不純物としては、酸化物系介在物を生成する酸素が極めて重要であるが、硫黄及びチタンも大きく影響することが分かった。鋼材中の酸素濃度，硫黄濃度，及びチタン濃度が上記の数値を超えると、非金属介在物の量が多くなり、高温，高速，高荷重等の厳しい条件下において水ポンプ用転がり軸受の寿命が不十分となるおそれがある。
【０００６】
また、最大の非金属介在物（主にＡｌ2 Ｏ3 ）の直径を小さくすると、軌道面に剥離が生じにくく、水ポンプ用転がり軸受が極めて長寿命となる。最大の非金属介在物の直径が３０μｍを超えると、高温，高速，高荷重等の厳しい条件下において水ポンプ用転がり軸受の寿命が不十分となるおそれがある。
なお、回転軸は回転しない静止部材である外輪と比べると剥離が生じやすいので、回転軸及び外輪のうち少なくとも回転軸を前記鋼材で構成することが好ましい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の水ポンプ用転がり軸受は、鋼材中の不純物濃度が低いので、極めて長寿命である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明に係る水ポンプ用転がり軸受の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明に係る水ポンプ用転がり軸受が組み込まれた水ポンプの構造を示す断面図である。
略円筒形状のハウジング１１の内周面に外輪１０が嵌合されており、さらに外輪１０に回転軸１２が挿通されている。回転軸１２及び外輪１０の間には、図示しない複数の転動体が転動自在に配されており、これら回転軸１２，外輪１０，及び複数の転動体によってポンプ用転がり軸受が構成されている。回転軸１２の一端には、冷却水を送液するインペラ１３が取り付けられており、他端には、回転軸１２を回転させる回転駆動力が入力されるプーリー１４が取り付けられている。
【０００９】
このような構成の水ポンプは、自動車のエンジン等の冷却水の循環に好適に使用される。エンジンの動力の一部を図示しないベルトを介してプーリー１４に伝達し、このプーリー１４を回転させると、回転軸１２を介してインペラー１３が回転する。すると、水ポンプ室１５内の冷却水が循環し、エンジンが冷却される。
この水ポンプ用転がり軸受の回転軸１２と外輪１０は、酸素濃度が６ｐｐｍ以下、硫黄濃度が３０ｐｐｍ以下、チタン濃度が２５ｐｐｍ以下の鋼材で構成されている。回転軸１２と外輪１０が、不純物濃度が低く非金属介在物の量が少ない鋼材で構成されているため、水ポンプ用転がり軸受が高温，高速，高荷重等の厳しい条件下で使用されても、軌道面に剥離が生じにくく極めて長寿命となる。よって、水ポンプも極めて長寿命となる。さらに、鋼材に含まれる最大の非金属介在物の直径が３０μｍ以下であれば、軌道面に剥離がより生じにくく、水ポンプ用転がり軸受がさらに長寿命となる。
【００１０】
なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては、回転軸１２及び外輪１０の両方を不純物濃度が低い前述のような鋼材で構成したが、回転軸１２及び外輪１０の一方のみを、前述の鋼材で構成してもよい。ただし、回転軸１２が前述の鋼材で構成されている方が、長寿命化に対して有利である。
また、水ポンプ用転がり軸受は、様々な種類の転がり軸受に対して適用することができる。例えば、深溝玉軸受，アンギュラ玉軸受，自動調心玉軸受，円筒ころ軸受，円すいころ軸受，針状ころ軸受，自動調心ころ軸受等のラジアル形の転がり軸受や、スラスト玉軸受，スラストころ軸受等のスラスト形の転がり軸受である。
【００１１】
〔実施例〕
以下に、実施例を示して本発明をさらに具体的に説明する。回転軸及び外輪が表１のような不純物濃度のＳＵＪ２鋼で構成された水ポンプ用転がり軸受を用意して、その寿命を評価した。実施例１のＳＵＪ２鋼は前述の不純物濃度が低い鋼材であり、比較例１のＳＵＪ２鋼は従来の高清浄度鋼である。
いずれの鋼も、Ｂ系及びＤ系の非金属介在物を始めとする種々の非金属介在物（主にＡｌ2 Ｏ3 ）を含有しており、その直径は実施例１の場合は３０μｍ以下であり、比較例１の場合は３０μｍ超過のものも含まれている。非金属介在物の中では、特にＤ系の非金属介在物が剥離に対する影響が大きい。
【００１２】
【表１】
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【００１３】
２種の水ポンプ用転がり軸受の寿命を、下記のような条件で評価した。なお、これらの水ポンプ用転がり軸受の計算寿命は１２時間である。
回転速度：３９００ｒｐｍ
Ｐ／Ｃ  ：０．７１
潤滑油  ：新日本石油株式会社製ＦＢＫオイルＲＯ６８（強制循環給油）
結果を図２のグラフに示す。このグラフは、寿命試験結果のワイブルプロットであり、水ポンプ用転がり軸受の寿命と累積破損確率との相関を示したものであるが、実施例１の水ポンプ用転がり軸受は、比較例１の水ポンプ用転がり軸受と比べて、直線の傾きが大きいことが分かる。このことは、実施例１の水ポンプ用転がり軸受の寿命のバラツキが小さく、信頼性が高いことを示している。
【００１４】
従来の高清浄度鋼で構成された軸受は、鋼中の酸素濃度が同程度であっても寿命のバラツキが大きく、酸素濃度だけで寿命を予測することは困難であるが、実施例１の軸受は、寿命のバラツキが小さいので、酸素濃度，硫黄濃度，チタン濃度，及び最大の非金属介在物の直径によって、寿命を予測することが可能である。
なお、本発明の水ポンプ用転がり軸受は、水ポンプ用に限らず、他の用途に用いても長寿命である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る水ポンプ用転がり軸受が組み込まれた水ポンプの構造を示す断面図である。
【図２】水ポンプ用転がり軸受の寿命試験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００１６】
１０      外輪
１１      ハウジング
１２      回転軸
１３      インペラー
【図１】
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【図２】
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